BAB II TEORI PENUNJANG 2.1 Pompa 2.1.1 Pendahuluan Sistim pemompaan bertanggung jawab terhadap hampir 20% kebutuhan energi listrik dunia dan penggunaan energi dalam operasi pabrik industri tertentu berkisar 25-50% (US DOE, 2004). Pompa memiliki dua kegunaan utama: Memindahkan cairan dari satu tempat ke tempat lainnya (misalnya air dari aquifer bawah ke tangki penyimpan air). Mensirkulasikan cairan sekitar sistim (misalnya air pendingin atau pelumas yang melewati mesin-mesin dan peralatan) Komponen utama sistim pemompaan adalah: Pompa (beberapa jenis pompa dijelaskan dalam bagian 2) Mesin penggerak: motor listrik, mesin diesel atau sistim udara. Pemipaan, digunakan untuk membawa fluida Kran, digunakan untuk mengendalikan aliran dalam sistim. Sambungan, pengendalian dan instrumentasi lainnya. Peralatan pengguna akhir, yang memiliki berbagai persyaratan (misalnya tekanan aliran) yang menentukan komponen dan susunan sistim pemompaan. Contohnya adalah alat penukar panas, tangki dan mesin hidrolik. Pompa dan mesin penggerak biasanya merupakan komponen yang paling efisien energinya. 2.1.2 Karakteristik Sistem Pemompaan. a. Tahanan Sistem: Head Tekanan diperlukan untuk memompa cairan melewati sistim pada laju tertentu. Tekanan ini harus cukup tinggi untuk mengatasi tahanan sistim, yang juga head. Head total merupakan jumlah dari head statik dan head gesekan/friksi: 4
5 Head statik Head statik merupakan perbedaan tinggi antara sumber dan tujuan dari cairan yang dipompakan (diperlihatkan pada Gambar 2.1). Head statik pada tekanan tertentu tergantung pada berat cairan dan dapat dihitung dengan persamaan berikut: Tekanan( psi) x2,31 Head( feet) =... ( 2.1 ) Spec. Gravity Head statik terdiri dari: o Head hisapan statis (hs): dihasilkan dari pengangkatan cairan relatif terhadap garis pusat pompa. hs nilainya positif jika ketinggian cairan diatas garis pusat pompa, dan negatif jika ketinggian cairan berada dibawah garis pusat pompa (juga disebut pengangkat hisapan ). o Head pembuangan statis (hd): jarak vertikal antara garis pusat pompa dan permukaan cairan dalam tangki tujuan. Gambar 2.1 Head Statik
6 Head gesekan/friksi (hf) Ini merupakan kehilangan yang diperlukan untuk mengatasi tahanan untuk mengalir dalam pipa dan sambungan-sambungan. Head ini tergantung pada ukuran, kondisi dan jenis pipa, jumlah dan jenis sambungan, debit aliran dan sifat dari cairan. Dalam hampir kebanyakan kasus, head total sistim merupakan gabungan antara head statik dan head gesekan. b. Kurva Kinerja Pompa Head dan debit aliran menentukan kinerja sebuah pompa yang secara grafis ditunjukkan dalam gambar 2.2 sebagai kurva kinerja atau kurva karakteristik pompa. Gambar memperlihatkan kurva pompa sentrifugal dimana head secara perlahan turun dengan meningkatnya aliran. Dengan meningkatnya tahanan sistim, head juga akan naik. Hal ini pada gilirannya akan menyebabkan debit aliran berkurang dan akhirnya mencapai nol. Debit aliran nol hanya dapat diterima untuk jangka pendek tanpa menyebabkan pompa terbakar. Gambar 2.2 Kurva Kinerja Sebuah Pompa
7 c. Titik Operasi Pompa Debit aliran pada head tertentu disebut titik tugas. Kurva kinerja pompa terbuat dari banyak titik-titik tugas. Titik operasi pompa ditentukan oleh perpotongan kurva sistim dengan kurva pompa sebagaimana ditunjukkan dalam gambar 2.3. Gambar 2.3 Titik Operasi Pompa d. Kinerja Hisapan Pompa (NPSH) Kavitasi atau penguapan adalah pembentukan gelembung dibagian dalam pompa. Hal ini dapat terjadi manakala tekanan statik fluida setempat menjadi lebih rendah dari tekanan uap cairan (pada suhu sebenarnya). Kemungkinan penyebabnya adalah jika fluida semakin cepat dalam kran pengendali atau disekitar impeler pompa. Penguapan itu sendiri tidak menyebabkan kerusakan. Walau demikian, bila kecepatan berkurang dan tekanan bertambah, uap akan menguap dan jatuh. Hal ini memiliki tiga pengaruh yang tidak dikehendaki: Erosi permukaan baling-baling, terutama jika memompa cairan berbasis air. Meningkatnya kebisingan dan getaran, mengakibatkan umur sil dan bearing menjadi lebih pendek.
8 Menyumbat sebagian lintasan impeler, yang menurunkan kinerja pompa dan dalam kasus yang ekstrim dapat menyebabkan kehilangan head total. Head Hisapan Positif Netto Tersedia / Net Positive Suction Head Available (NPSHA) menandakan jumlah hisapan pompa yang melebihi tekanan uap cairan dan merupakan karakteristik rancangan sistim. NPSH yang diperlukan (NPSHR) adalah hisapan pompa yang diperlukan untuk menghindari kavitasi, dan merupakan karakteristik rancangan pompa. 2.1.3 Jenis-Jenis Pompa Bagian ini menjelaskan berbagai jenis pompa. Pompa hadir dalam berbagai ukuran untuk penggunaan yang luas. Pompa-pompa dapat digolongkan menurut prinsip operasi dasarnya seperti pompa dinamik atau pompa pemindahan positif (Gambar 2.4). Gambar 2.4 Berbagai Jenis Pompa Pada prinsipnya, cairan apapun dapat ditangani oleh berbagai rancangan pompa. Jika berbagai rancangan pompa digunakan, pompa sentrifugal biasanya yang paling ekonomis diikuti oleh pompa rotary dan reciprocating. Walaupun, pompa perpindahan
9 positif biasanya lebih efisien daripada pompa sentrifugal, namun keuntungan efisiensi yang lebih tinggi cenderung diimbangi dengan meningkatnya biaya perawatan. a. Pompa Perpindahan Positif Pompa perpindahan positif dikenal dengan caranya beroperasi: cairan diambil dari salah satu ujung dan pada ujung lainnya dialirkan secara positif untuk setiap putarannya. Pompa perpindahan positif digunakan secara luas untuk permukaan fluida selain air, biasanya fluida kental. Pompa perpindahan positif selanjutnya digolongkan berdasarkan cara perpindahannya: - Pompa Reciprocating, jika perpindahan dilakukan oleh maju mundurnya jarum piston. Pompa reciprocating hanya digunakan untuk pemompaan cairan kental dan sumur minyak. - Pompa Rotary, jika perpindahan dilakukan oleh gaya putaran sebuah gir, cam atau baling-baling dalam sebuah ruangan bersekat pada casing yang tetap. Pompa rotary selanjutnya digolongkan sebagi gir dalam, gir luar, lobe dan baling-baling dorong dll. Pompa-pompa tersebut digunakan untuk layanan khusus dengan kondisi khusus yang ada di lokasi industri. Pada seluruh pompa jenis perpindahan positif, sejumlah cairan yang sudah ditetapkan dipompa setelah setiap putarannya, sehingga jika pipa pengantarnya tersumbat, tekanan akan ke nilai yang sangat tinggi dimana hal ini dapat merusak pompa. b. Pompa Dinamik Pompa dinamik juga dikarakteristikan oleh cara pompa tersebut beroperasi: impeler yang berputar mengubah energi kinetik menjadi tekanan atau kecepatan yang diperlukan untuk memompa fluida. Terdapat dua jenis pompa dinamik: - Pompa sentrifugal merupakan pompa yang sangat umum digunakan untuk pemompaan air dalam berbagai penggunaan industri. Biasanya lebih dari 75% pompa yang dipasang di sebuah industri adalah pompa sentrifugal. Untuk alasan ini, pompa ini dijelaskan dibawah lebih lanjut. - Pompa dengan efek khusus terutama digunakan untuk kondisi khusus di lokasi industri.
10 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal merupakan salah satu peralatan yang paling sederhana dalam berbagai proses pabrik. Gambar 2.5 memperlihatkan bagaimana pompa jenis ini beroperasi: - Cairan dipaksa menuju sebuah impeler oleh tekanan atmosfir, atau dalam hal jet pump oleh tekanan buatan. - Baling-baling impeler meneruskan energi kinetik ke cairan, sehingga menyebabkan cairan berputar. Cairan meninggalkan impeler pada kecepatan tinggi. - Impeler dikelilingi oleh vaolute casing atau dalam hal pompa turbin digunakan cincin diffuser stasioner. Volute atau cincin diffuser stasioner mengubah energi kinetik menjadi energi tekanan. Gambar 2.5 Lintasan Aliran Cairan Pompa Sentrifugal
11 Komponen dari pompa sentrifugal Komponen utama dari pompa sentrifugal terlihat pada Gambar 2.6 dan diterapkan dibawah ini: - Komponen berputar: impeller yang disambungkan ke sebuah poros. - Komponen satis: casing, penutup casing dan bearings. Gambar 2.6 Komponen Utama Pompa Sentrifugal o Impeler Impeler merupakan cakram bulat dari logam dengan lintasan untuk aliran fluida yang sudah terpasang. Impeler biasanya terbuat dari perunggu, polikarbonat, besi tuang atau stainless steel, namun bahan-bahan lain juga digunakan. Sebagaimana kinerja pompa tergantung pada jenis impelernya, maka penting untuk memilih ramcangan yang cocok dan mendapatkan impeler dalam kondisi yang baik. Jumlah impeler menentukan jumlah tahapan pompa. Pompa satu tahap memiliki satu impeler dan sangat cocok untuk layanan head (=tekanan) rendah. Pompa dua tahap memiliki dua impeler yang terpasang secara seri untuk layanan head sedang. Pompa multitahap memiliki tiga impeler atau lebih terpasang seri untuk layanan head yang tinggi. Impeler dapat digolongkan atas dasar: - Arah utama lairan dari sumbu putaran: aliran radial, aliran aksial, aliran campuran - Jenis hisapan: hisapan tunggal dan hisapan ganda.
12 - Bentuk atau konstruksi mekanis: Impeler yang tertutup memiliki baling-baling yang ditutupi oleh mantel (=penutup) pada kedua sisinya (Gambar 2.7). Biasanya digunakan untuk pompa air, dimana balingbaling seluruhnya mengurung air. Hal ini mencegah perpindahan air dari sisi pengiriman ke sisi penghisapan, yang akan mengurangi efisiensi pompa. Dalam rangka untuk memisahkan ruang pembuangan dari ruang penghisapan, diperlukan sebuah sambungan yang bergerak diantara impeler dan wadah pompa. Penyambungan ini dilakukan oelh cincin yang dipasang diatas bagian penutup impeler atau dibagian dalam permukaan silinder wadah pompa. Kerugian dari impeler tertutup ini adalah resiko yang tinggi terhadap rintangan. Impeler terbuka dan semi terbuka (Gambar 2.7) kemungkinan tersumbatnya kecil. Akan tetapi untuk mengindari terjadinya penyumabatan melalui resirkulasi internal, volute atau back-plate pompa harus diatur secara manual untuk mendapatkan setelan impeler yang benar. Impeler pompa berpusat/vortex cocok untuk bahan-bahan padat dan berserabut akan tetapi pompa ini 50% kurang efisien dari rancangan yang konvensional. Gambar 2.7 Impeler Jenis Tertutupdan Terbuka
13 o Batang Torak Batang torak memindahkan torque dari motor ke impeler selama start up dan operasi pompa. o Wadah Fungsi utama wadah adalah menutup impeler pada penghisapan dan pengiriman pada ujung dan sehingga berbentuk tangki tekanan. Tekanan pada ujung penghisapan dan pengiriman pada ujung sepersepuluh tekanan atmosfir pada pompa satu tahap. Untuk pompa multi-tahap perbedaan tekanannya jauh lebih tinggi. Wadah dirancang untuk tahan paling sedikit dua kali tekanan ini untuk menjamin batas keamanan yang cukup. Fungsi wadah yang kedua adalah memberikan media pendukung dan bantalan poros untuk batang torak dan impeler. Oleh karena itu wadah pompa harus dirancang untuk: - Memberikan kemudahan meengakses ke seluruh bagian pompa untuk pemeriksaan, perawatan dan perbaikan. - Membuat wadah anti bococr yang dengan memberikan kotak penjejal. - Menghubungkan pipa-pipa hisapan dan pengiriman ke flens secara langsung. - Mudah dipasang dengan mudah ke mesin penggerak (motor listrik) tanpa kehilangan daya. Gambar 2.8 Potongan Sebuah Pompa Yang Memperlihatkan Wadah Volute
14 Gambar 2.9 Wadah Padat Terdapat dua jenis wadah yaitu: Wadah volute (Gambar 2.8) memiliki impeler dipasang dibagian dalam wadah. Salah satu tujuan utamanya adalah membantu kesetimbangan tekanan hidrolik pada batang torak pompa. Walau begitu, mengoperasikan pompa dengan wadah volute pada kapasitas yang lebih rendah dari yang direkomendasikan pabrik pembuatnya dapat mengakibatkan tekanan lateral pada batang torak itu sendiri. Wadah volute ganda digunakan bilamana gya radial menjadi cukup berarti pada kapasitas yang berkurang. Wadah bulat memiliki baling-baling penyebaran stasioner disekeliling impeler yang mengubah kecepatan menjadi energi tekanan. Wadah tersebut banyak digunakan untuk pompa multi-tahap. Wadah dapat dirancang sebagai: o Wadah padat (Gambar 2.9): seluruh wadah dan nosel dimuat dalam satu cetakan atau potongan yang sudah dibuat pabrik pembuatnya.
15 o Wadah terbelah: dua bagian atau lebih disambungkan bersama. Bilamana bagian wadah dibagi oleh bidang horisontal, wadahnya disebut terbelah secara horisontal atau wadah yang terbelah aksial. 2.1.4 Pengkajian Pompa Bagian ini menjelaskan pengkajian kinerja pompa dan sistem pemompaan. a. Menghitung Kinerja Pompa Kerja yang ditampilkan oleh sebuah pompa merupakan fungsi dari head total dan berat cairan yang dipompa dalam jangka waktu yang diberikan. Daya batang torak pompa (Ps) adalah daya Hp yang dikirimkan ke batang torak pompa dan dapat dihitung sebagai berikut: Daya batang torak pompa Ps = Daya hidrolik hp / Efisiensi Pompa... (2.2) Atau Efisiensi Pompa = Daya hidrolik hp / Daya batang torak pompa... (2.3) Keluaran pompa, daya Hp air atau daya HP hidrolik (hp) adalah daya Hp cairan yang dikirimkan oleh pompa dan dapat dihitung sebagai berikut: Daya hidrolik hp = Q(m 3 /detik) x (h d h s (m)) x ρ (kg/m 3 ) x g (m/detik 2 ) / 1000... (2.4) Dimana: Q = debit aliran H d = head pembuangan H s = head penghisapan ρ = massa jenis fluida g = perecepatan gravitasi
16 b. Kesulitan kesulitan Dalam Pengkajian Pompa Dalam praktek, lebih sulit mengkaji kinerja pompa. Beberapa alasan pentingnya adalah: - Tidak adanya data pompa yang spesifik: Data spesifikasi pompa (lihat Lembar Kerja 1 pada bagian 6) diperlukan untuk mengkaji kinerja pompa. Hampir kebanyakan perusahaan tidak memegang dokumen asli perlatan (OEM) yang memberikan datadata tersebut. Dalam kasus seperti ini, persentase beban pompa untuk aliran pompa atau head tidak dapat diperkirakan secara memuaskan. - Kesulitan dalam pengukuran aliran: Sulit untuk mengukur aliran yang sebenarnya. Beberapa metoda digunakan untuk mengukur aliran, Pada hampir kebanyakan kasus, debit aliran dihitung berdasarkan pada jenis fluida, head dan ukuran pipa, dll, namun gambaran yng dihitung mungkin tidak akan tepat. Metoda lainnya, membagi volum tangki dengan waktu yang digunakan oleh pompa berada dalam operasi dan jika kran pembuangan tangki tertutup. Cara yang paling canggih, tepat dan memakan waktu sangat sedikit untuk mengukur aliran pompa adalah dengan pengukuran yang mengunakan pengukur aliran ultrasonik. - Kalibrasi yang tidak benar terhadap pengukur tekanan dan instrumen pengukuran: Kalibrasi yang benar pada seluruh pengukur tekanan pada jalur penghisapan dan pembuangan dan instrument pengukur daya lainnya adalah penting untuk mendapatkan pengukuran yang tepat. Namun, kalibrasi tidak harus selalu dilakukan. Kadangkala digunakan faktor koreksi jika alat pengukur dan instrument tidak dikalibrasi dengan benar. Keduanya akan mengakibatkan tidak benarnya pengkajian kinerja pompa. 2.1.5 Peluang-Peluang Efisiensi Pompa Bagian ini meliputi area utama untuk memperbaiki pompa dan sistim pemompaan. Area utama bagi penghematan energi meliputi: a. Memilih pompa yang benar. b. Mengendalikan debit aliran dengan variasi kecepatan. c. Pompa dalam susunan paralel untuk memenuhi permintaan yang beragam. d. Membuang kran pengendali aliran.
17 e. Membuang kendali by-pass. g. Kendali start/stop pompa. h. Memperbaiki keseimbangan impeler a. Pemilihan Pompa Dalam memilih pompa, para pemasok berusaha untuk mencocokan kurva sistim yang diberikan oleh pihak pengguna dengan kurva pompa yang memenuhi kebutuhan tersebut sedekat mungkin. Titik operasi pompa adalah titik dimana kurva pompa dan kurva tahanan memungkinkan bagi satu titik operasi memenugi seluruh kondisi operasi yang dikehendaki. Sebagai contoh, bila kran pembuangan tersumbat, kurva tahanan sistim bergeser ke sebelah kiri dan begitu dengan titik operasinya (lihat gambar 2.10). Gambar 2.10 dibawah memperlihatkan kurva kinerja pompa yang dipasok penjual untuk pompa sentrifugal dimana cairan yang akan dipompa adalah air bersih. Titik Efisiensi Terbaik/Best Efficiency Point (BEP) merupakan kapasitas pemompaan pada diameter impeler maksimum, dimana efisiensi pompanya adalah yag paling tinggi. Seluruh titik kesebelah kanan atau kiri BEP memiliki efisiensi lebih rendah. BEP terpengaruh jika pompa yang terpilih ukurannya berlebih. Alasannya adalah bahwa aliran pompa dengan ukuran berlebih harus dikendalikan dengan metoda yang berbeda, seperti kran penutup atau jalur by-pass. Keduanya memberikan tahanan tambahan dengan meningkatnya gesekan. Sebagai akibatnya kurva sistim bergeser ke kiri dan berpotongan dengan kurva pompa pada titik lainnya. Sekarang BEPnya juga menjadi lebih rendah. Dengan kata lain, efisiensi pompa berkurang sebab aliran keluar berkurang akan tetapi pemakaiana dayanya tidak. Ketidakefisiensian pompa dengan ukuran berlebih dapat diatasi dengan sebagai contoh, pemasangan VSD penggerak dua kecepatana, rpm lebih rendah, impeler yang lebih kecil atau yang seimbang (BEE, 2004).
18 Gambar 2.10 Kurva Kinerja Pompa Sentrifugal Diberikan Oleh Pabrik b. Mengendalikan Debit Aliran Dengan Variasi Kecepatan Pengaruh Kecepatan Perputaran impeler pompa sentrifugal menghasilkan head. Kecepatan keliling impeler berhubungan langsung dengan kecepatan perputaran barang torak. Oleh karena itu variasi kecepatan putaran berpengaruh langsung pada kinerja pompa. Parameter kinerja pompa (debit, air, head, daya) akan berubah dengan bervariasinya kecepatan putaran. Oleh karena itu, untuk mengendalikan kecepatan yang aman pada kecepatan yang berbeda-beda maka penting untuk mengerti hubungan antara keduanya. Persamaan yang menjelaskan hubungan tersebut dikenal dengan Hukum Afinitas : - Debit aliran (Q) berbanding lurus dengan kecepatan putaran (N) - Head (H) berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan putaran - Daya (P) berbanding lurus dengan kubik kecepatan putaran Sebagaimana dapat dilihat dari hukum diatas, penggandaan kecepatan putaran pompa sentrifugal akan meningkatkan pemakaian daya 8 kalinya. Sebaliknya penurunan kecepatan yang kecil akan berakibat penurunan pemakaian daya yang sangat besar. Hal ini
19 menjadikan dasar bagi penghematan energi pada pompa sentrifugal dengan kebutuhan aliran yang bervariasi. Hal yang relevan untuk dicatat bahwa pengendalian aliran oleh pengaturan kecepatan selalu lebih efisien daripada oleh kran pengendali. Hal ini disebabkan kran menurunkan aliran namun tidak menurunkan pemakaian energi pompa. Sebagai tambahan terhadap pengehematan energi, terdapat manfaat lainnya dari kecepatan yang lebih rendah tersebut. - Umur bantalan meningkat. Hal ini disebabkan bantalan membawa gaya hidrolik pada impeler (dihasilkan oleh profil tekanan dibagian dalam wadah pompa), yang berkurang kira-kira sebesar kuadrat kecepatan. - Getaran dan kebisingan berkurang dan umur sil meningkat selama titik tugas tetap berada didalam kisaran operasi yang diperbolehkan. Penggerak Kecepatan Yang Bervariasi Variable Speed Drive (VSD) Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya bahwa pengendalian kecepatan pompa ng merupakan cara yang paling efisien dalam mengendalikan aliran, sebab jika kecepatan pompa berkurang maka pemakaian daya juga berkurang. Metoda yang biasanya banyak digunakan untuk menurunkan kecepatan pompa adalah Penggerak Kecepatan yang Bervariasi / Variable Speed Drive (VSD). VSD memperbolehkan pengaturan kecepatan pompa berada diatas kisaran yang kontinyu, menghindarkan kebutuhan untuk melompat dari satu kecepatan ke kecepatan lainnya sebagaimana yang terjadi dengan pompa yang berkecepatan berlipat. Kecepatan pompa dengan pengendali VSD menggunakan dua jenis sistim: - VSD mekanis meliputi sarang hidrolik, kopling fluida dan belts dan pully yang dapat diatur-atur. - VSD listrik meliputi sarang arus eddy, pengendali motor dengan rotor yang melingkar, pengendali frekuensi yang bervariasi / variable frequency drives (VFDs). VFDs adalah yang paling populer dan mengatur frekuensi listrik dari daya yang dipasok ke motor untuk mengubah kecepatan perputaran motor. Untuk beberapa sistem, VFDs menawarkan sesuatu yang berharga untuk memperbaiki efisiensi operasi pompa pada kondisi operasi yang berbeda-beda. Ketika VFD
20 menurunkan RPM pompa, kurva head / aliran dan daya bergerak turun dan ke arah kiri, dan kurva efisiensi juga bergeser ke sebelah kiri. Keuntungan utama penggunaan VSD disampiing penghematan energi adalah - Memperbaiki pengendalian proses sebab dapat memperbaiki variasi-variasi kecil dalam aliran lebih cepat. - Memperbaiki kehandalan sistim sebab pemakaian pompa, bantalan dan sil jadi berkurang. - Penurunan modal dan biaya perawatan sebab kran pengendali, jalur by-pass dan starter konvensional tidak diperlukan lagi. Kemampuan starter yang lunak: VSD memperbolehkan motor memiliki arus start-up yang lebih rendah. c. Pompa Yang Dipasang Paralel Untuk Memenuhi Permintaan yang Bervariasi Mengoperasikan dua pompa secara paralel dan mematikan salah satu jika kebutuhan menjadi lebih rendah, dapat menghasilkan penghematan energi yang signifikan. Dapat yang digunakan pompa yang memberkan debit aliran berbeda-beda. Pompa yang dipasang secara paralel merupakan sebuah opsi jika head statik lebih dari lima puluh persen head total. Gambar 2.11 memperlihatkan kurva pompa untuk pompa tunggal, dua pompa yang beroperasi secara paralel. Gambar ini juga memperlihatkan bahwa kurva sistim pada umumnya tidak berubah dengan jalannya pompa secara paralel. Debit aliran lebih rendah dari penjumlahan aliaran berbagai pompa. Gambar 2.11 Kurva Kinerja Pompa Yang Dipasang Paralel
21 d. Membuang Kran Pengendali Aliran Metoda lain untuk mengendalikan aliran adalah dengan menutup atau membuka kran pembuangan (hal ini dikenal juga dengan kran trhottling. Walau metoda ini menurunkan tekanan namun tidak mengurangi pemakaian daya, sebab head total (head statik) bertambah. Gambar 2.12 memperlihatkan bagaimana kurva sistim bergerak naik dan ke kiri ketika kran pembuangan ditutup setengahnya. Metoda ini meningkatkan getaran dan korosi sehingga meningkatkan biaya perawatan pompa dan secara potensial mengurangi umurnya. VSD merupakan suatu pemecahan yang lebih baik dari sudut pandang efisiensi energi. Gambar 2.12 Pengendalian Aliran Dengan Pompa Kran e. Menghilangkan Pengendali By-pass Aliran dapat juga diturunkan dengan cara memasang sebuah sistim kendali by-pass, dimana pembuangan pompa dibagi menjadi dua aliran menuju dua pipa saluaran yang terpisah. Satu pipa saluran mengirimkan fluida ke titik tujuan pengiriman, sementara pipa saluran kedua mengembalikan fluida ke sumbernya. Dengan kata lain, sebagian fluida diputarkan dengan tanpa alasan, dengan demikian maka hal ini merupakan pemborosan energi. Oleh karena itu maka opsi ini harus dihindarkan.
22 f. Kendali Start/Stop Pompa Suatu cara yang sederhana dan masuk akal berkenaan dengan energi yang efisien adalah menurunkan debit aliran dengan menjalankan data dan menghentikan pompa, sepanjang hal ini tidak sering terjadi dilakukan. Sebuah contoh dimana opsi ini dapat digunakan adalah bila sebuah pompa digunakan untuk mengisi tanki penyimpan dimana fluida mengalir ke proses pada debit yang tetap. Dalam sistim ini, pengendali dipasang pada tingkatan minimum dan maksimum didalam tangki untuk menjalankan dan menghentikan pompa. Beberapa perusahaan menggunakan metoda ini juga dalam rangka menghindarkan kebutuhan maksimum yang lebih rendah (yaitu dengan pemompaan pada bukan jam puncak. g. Keseimbangan Impeler Mengubah diameter impeler akan memberikan perubahan yang sebanding dengan kecepatan keliling impeler. Mengubah diameter impeler merupakan suatu cara mengefisienkan energi untuk mengendalikan debit aliran. Walau demikian, beberapa hal berikut harus dipertimbangkan: - Opsi ini tidak dapat digunakan jika terdapat pola yang aliran yang bervariasi. - Impeler tidak harus diseimbangkan lebi dari 25% dari ukuran impeler aslinya, karena akan menyebabkan getaran karena terjadinya kavitasi yang akan menurunkan efisiensi pompa. - Keseimbangan pompa harus dijaga: keseimbangan impeler harus sama pada seluruh sisi. Mengganti impeler merupakan suatu opsi yang lebih baik daripada menyeimbangkan impeler, namun cara ini juga lebih mahal dan kadangkala impeler yagn lebih kecil dipasaran ukurannya jauh lebih kecil dari kebutuhan.
23 Gambar 2.13 Pengaruh Penurunan Diameter Impeler Pada Kinerja Pompa sentrifugal. 2.2 Ultrasonik Flowmeter Tipe Clamp-on 2.2.1 Latar Belakang Mengukur aliran adalah salah satu proses penting dalam sebuah proses industri untuk mendapatkan sebuah produk yang berkualitas atau dapat menjadi sebuah parameter sebuah hasil produksi. Banyak jenis flow meter yang dapat digunakan untuk mengukur aliran. Menentukan jenis flowmeter tergantung dari aplikasi, data proses yang akan diukur. Ultrasonic flow meter adalah salah satu alat yang menjadi solusi untuk mengukur laju aliran secara akurat. Media yang dapat diukur adalah jenis fasa satu (single phase) Gas dan Liquid. Jenis Tipe ultrasonic terbagi kedalam 2 jenis, yaitu: a. Tipe In-line. b. Tipe Clamp-on. Perbedaan dari keduanya terletak dari pemasangannya yaitu tipe in-line sama dengan jenis flowmeter pada umumnya dengan melakukan potong pipa sementara tipe
24 clamp-on pemasangannya hanya diikat diluar pipa sehingga banyak keuntungan yang didapat, yaitu: a. Tidak perlu mematikan proses (shutdown proses). b. Tidak ada pengerjaan pipa (pemotongan, pengelasan, dll). c. Tidak ada resiko kebocoran. d. Tidak menyentuh media yang diukur. e. Maintenance mudah. f. Memiliki turn down ratio yang cukup tinggi. Dari keuntungan diatas, Ultrasonic clamp-on adalah solusi flow meter untuk digunakan di dalam sebuah kondisi tidak diijinkan atau memungkinkan untuk mematikan proses (shutdown) sementara laju aliran perlu untuk diketahui. 2.2.2 Prinsip Kerja Pengukuran Ultrasonik Flowmeter Tipe Clamp-on Pada saat ini hampir semua ultrasonic flow meter tipe clamp-on menggunakan prinsip transit time (perbedaan waktu) meskipun masih ada beberapa yang menggunakan prinsip efek doppler. Prinsip doppler pada dasarnya seperti ketika mendengar suara sirine pada mobil ambulance ketika lewat. Suara sirine akan berbeda pada saat mendekat dan menjauh pada kita. Prinsip doppler hanya bisa digunakan jika terdapat solid partikel atau bubble yang ada dalam media tersebut, akan tetapi accuracy-nya kurang bagus jika dibandingkan dengan prinsip perbedaan waktu (transit time). Beberapa ultrasonic flowmeter dilengkapi dengan prinsip doppler dan transit time yang dapat silih berganti digunakan tergantung dari applikasi pada saat pengukuran. Prinsip perbedaan waktu adalah perbedaan waktu antara sinyal frekuensi yang dikirim oleh satu transducer ke transducer lainnya (pasangannya) dan kebalikannya. Pada saat kirim dan baliknya sebuah sinyal akan ada perbedaan waktu karena salah satu signal akan melawan arah aliran sehingga waktunya lebih lama. Perbedaan waktu waktu di media yang diukur dituliskan dalam rumus : t, rata-rata t fluid untuk kedua sinyal dan konstanta sensor K α dapat
25 v meas t = K α...(2.5) 2t fluid Setelah didapat nilai velocity maka dapat ditentukan volume flow yang dituliskan dengan rumus : dimana : V = volume flow (m3/h) v meas = velocity (m/s) V = v. A.. (2.6) meas K f K f = K factor 2.2.3 Jenis Jenis Ultrasonik Flowmeter Pada dasarnya perbedaan jenis ultrasonic flowmeter hanya pada transmitternya apakah ultrasonic flowmeter tersebut akan digunakan sebagai portable (berpindah-pindah tempat) atau akan disimpan dilokasi tersebut seperti halnya flowmeter lainnya. Berdasarkan hal tersebut ultrasonic flowmeter terbagi kedalam 2 jenis yaitu : a. Portable flowmeter b. Stationary flowmeter (fix unit) Di bawah ini adalah contoh ultrasonic dari salah satu merek yang sudah dikenal di industry perminyakan. Gambar 2.14 Ultrasonik Flowmeter Jenis Portabel
26 Gambar 2.15 Ultrasonik Flowmeter Jenis Stationary Gambar2.16 Jenis Transducer Ultrasonic Flowmeter
27 2.2.4 Aplikasi Ultrasonik Flowmeter Di Industri Aplikasi ultrasonik flowmeter mempunyai aplikasi di beberapa industry diantaranya: 1. Industri minuman dan makanan. 2. Industri perminyakan (oil & gas). 3. Industri Petrokimia. 4. Industri tenaga listril (power industry). 5. Industri water treatment ( water).